5 AT 395 225 B 10 15 20 25 30 35 40 45 505 AT 395 225 B 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Die Erfindung betrifft einen elektrostatischen Wandler, der aus Membran, Gegenelektrode und zwischen diesen angeordneten elektrisch isolierenden Teilen besteht Elektrostatische Wandler der genannten Art gehören zumStandderTechnik und sind aus derdafür einschlägigen Fachliteratur bekannt Eine Beschreibung eines solchen Wandlers ist z. B. im Sonderdruck aus der Zeitschrift Funkschau, Heft 15, August 1971, mit dem Titel „Technologie und aikustische Fortschritte im Bau von Kondensatormikrophon-Kapseln“ zu finden. Alle bisher bekannten elektrostatischen Wandler sind mit dem Nachteil behaftet daß im Inneren des Wandlers bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit, wenn sich ein Niederschlag von Tauwasser auf sämtlichen Oberflächen bildet, der hochohmige Oberflächenwiderstand auf den Isolierteilen zusammenbricht. Die dabei sich örtlich ausbildenden Strecken elektrischer Leitfähigkeit führen zu als Prasseln bezeichnten Störgeräuschen, zu erhöhtem Rauschen und im ungünstigsten Fall zum totalen elektrischen Ausfall des elektrostatischen Wandlas. Erst nach langer Erholzeit ist eine volle Wiedereinsetzbaikeit möglich. Diese durch das Bilden von Tauwasser im Betriebsfall als äußerst störend auftretenden Erscheinungen sind im praktischen Einsatz solcher vor allem in Mikrophonen verwendeter elektrostatischer Wandler unangenehm, und bedürfen zu deren Eindämmung umständlicher, zeitaufwendiger Maßnahmen, wie beispielsweise der klimatischen Anpassung der zum Einsatz gelangenden Mikrophone an deren Umgebungsklima. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die eben genannten Nachteile durch eine geeignete Maßnahme gänzlich auszuschalten, die das Betauen der kritischen Isolierstrecken zwischen Membran und Gegenelektrode entweder vermeidet, zumindest aber das Ausbilden einer elektrisch leitend werdenden Isolierstrecke verhindert Ausgehend vom Stand der Technik besteht die Erfindung nun darin, daß die elektrisch isolierenden Teile zur Gänze, zumindest aber teilweise im Vergleich zur Gegenelektrode und zu dem den Wandler umgebenden Gehäuse eine zumindest um ein Drittel geringere volumenbezogene Wärmekapazität und eine zumindest um das 10'^-fache geringere Wärmeleitfähigkeit besitzen. Der erfinderische Gedanke beruht darauf, daß beim Erreichen des Taupunktes der Niederschlag von Tauwasser auf einer Körperoberfläche nur dadurch zu vermeiden ist, daß in der nahen Umgebung der Oberfläche des sich im Tauklimas befindenden Körpers raschestmöglich jene Temperatur erreicht wird, für die dierelative Luftfeuchtigkeit gerade noch nicht 100 % erreicht. Dazu muß die Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit des in Betracht kommenden Körpers wesentlich geringer sein als die der ihn umgebenden Kötper, im Anwendungsfall die der Isolierteile des Wandlers wesentlich geringer als die der anderen Bauteile. Im Idealfall bildet sich überall, nur nicht auf der Isolierstrecke, bzw. der isolierenden Oberfläche ein Niederschlag von Tauwasser, wodurch die hochohmige Beschaffenheit der Isolation aufrecht erhalten bleibt. Durch dieäußerst geringe Wärmekapazitätdeslsolierkörpersistfürdenraschestmöglichen Temperaturausgleich beim Wärmeaustausch zwischen ihm und der feuchten Luft gesorgt, während dieäußerst geringe Wärmeleitfähigkeit des Isolierkörpers selbst bei hohem Temperaturgefälle ein nur geringstfügiges Abströmen der Wärme sicherstellt. Die Bedingung geringster Wärmekapazität ist im allgemein»! dadurch erfüllbar, daß man den Isolierkörper mit geringster Masse versieht, was in praktischer Hinsicht zu einer folienförmigen, membranartigen Ausführungsfoim führt. Die äußerst geringe Wärmeleitfähigkeit ist durch besondere Wahl des Isoliermaterials zu verwirklich»!, beispielsweise wird man PVC bevorzugen, das eine spezifische Wärmeleitfähigkeit von etwa 3.10"^ kcal/msec Grad aufweist. Der Erfindungsgedanke findet darüber hinaus seinen Niederschlag in entsprechend konstruktiver Ausgestaltung der Isolierstrecke und der diese bildenden Teile. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß ein elektrisch isolierender ringförmiger Teil zur Gänze die elektrische Isolation zwischen Membran und Gegenelektrode bildet, dessen volumenbezogene Wärmekapazität zumindest um ein Drittel geringer und dessen Wärmeleitfähigkeit zumindest um das 10"^-fache geringer ist als die der Gegenelektrode. Für den Fall, daß die in das Innere des elektrostatischen Wandlers eingedrungene feuchte Luft auf Grund von Druck und Temperatur den Taupunkt erreicht, der die Kondensation auf den Körperoberflächen eintreten läßt, wild die als ringförmiger Teil ausgebildete Isolation auf ihrer Oberfläche nicht betaut werden, weil wegen der genannten Bedingungen für die Beschaffenheit dieses Teiles ein Feuchtigkeitsniederschlag nicht begünstigt wird. Dank der geringen Wärmekapazität gegenüber den anderen Teilen des elektrostatischen Wandlers wird die Temperatur der an den Isolierteil angrenzenden Luft von diesem im Wärmeaustausch in sokurzer Zeit erreicht, daß sich auf diesem kein Niederschlag mehr bilden kann. Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der elektrisch isolierende Teil eine aus Isolieimaterial bestehende Scheibe ist, die eine ringförmigeNut aufweist und die Scheibe bis auf einen ringförmigen, die Nut »ithaltenden Randbereich die Gegenelektrode als metallisch bedampfte Schicht bildet, mit einem Ring aus Isolierfolie überbrückt ist, dessen volumenbezogene Wärmekapazität zumindest um ein Drittel geringer und dessen Wärmeleitfähigkeit zumindest um das 10"^-fache geringer ist als die der den Isolierring tragenden Scheibe. Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung besteht darin, daß auf eine bereits bekannte Ausführungsfoim eines elektrostatischen Wandlers zurückgegriffen werd»i kann, der nach Einfügen des erfindungsgemäßen Ringes aus -2- 55The invention relates to an electrostatic transducer, which consists of a membrane, counterelectrode and electrically insulating parts arranged between them. Electrostatic transducers of the type mentioned belong to the prior art and are known from the relevant specialist literature. A description of such a transducer is e.g. B. in the special print from the magazine Funkschau, issue 15, August 1971, with the title "Technology and acoustic progress in the construction of condenser microphone capsules". All previously known electrostatic transducers have the disadvantage that inside the transducer at 100% relative atmospheric humidity, when condensation forms on all surfaces, the high-resistance surface resistance on the insulating parts breaks down. The locally developing sections of electrical conductivity lead to disturbing noises known as pattering, to increased noise and, in the worst case, to a total electrical failure of the electrostatic wall glass. Full re-usability is only possible after a long recovery period. These phenomena, which are extremely disruptive due to the formation of condensation in operation, are uncomfortable in the practical use of such electrostatic transducers, especially used in microphones, and require cumbersome, time-consuming measures to contain them, such as the climatic adaptation of the microphones used to their ambient climate . The invention has set itself the task of eliminating the disadvantages just mentioned by a suitable measure that either avoids the build-up of the critical insulating sections between the membrane and the counterelectrode, but at least prevents the formation of an electrically conductive insulating section. Starting from the prior art, the invention exists now in that the electrical insulating parts, at least in part, in comparison to the counter electrode and to the housing surrounding the transducer, have at least a third less volume-related heat capacity and at least 10 '^ times less thermal conductivity. The inventive idea is based on the fact that when the dew point is reached, the precipitation of thaw water on a body surface can only be avoided by quickly reaching the temperature in the vicinity of the surface of the body in the thawing climate for which the relative air humidity is just not yet 100% achieved. For this purpose, the thermal capacity and the thermal conductivity of the body in question must be substantially lower than that of the body surrounding it, in the application case that of the insulating parts of the converter is significantly lower than that of the other components. Ideally, condensation forms everywhere, only not on the insulating section or the insulating surface, which maintains the high-resistance nature of the insulation. The extremely low heat capacity of the insulating body ensures the fastest possible temperature compensation during the heat exchange between it and the moist air, while the extremely low thermal conductivity of the insulating body ensures only a minimal outflow of the heat even with a high temperature gradient. The condition of lowest heat capacity is generally »! achievable by providing the insulating body with the lowest mass, which in practical terms leads to a film-like, membrane-like embodiment. The extremely low thermal conductivity can be achieved by special choice of the insulating material »! For example, PVC will be preferred, which has a specific thermal conductivity of about 3.10" ^ kcal / msec degrees. The idea of the invention is also reflected in a corresponding structural design of the insulating section and the parts forming it. A preferred embodiment of the invention consists in that an electrically insulating ring-shaped part entirely forms the electrical insulation between the membrane and the counterelectrode, the volume-related heat capacity of which is at least one third lower and the thermal conductivity of which is at least 10% lower than that of the counterelectrode . In the event that the moist air that has penetrated into the interior of the electrostatic transducer reaches the dew point due to pressure and temperature, which causes the condensation to occur on the body surfaces, the insulation, which is formed as a ring-shaped part, is not thawed on its surface because of the specified conditions for the quality of this part does not favor moisture precipitation. Thanks to the low heat capacity compared to the other parts of the electrostatic converter, the temperature of the air adjacent to the insulating part is reached by the latter in the heat exchange in such a short time that no more precipitation can form thereon. An expedient development of the invention consists in the fact that the electrically insulating part is a disk made of insulating material, which has an annular groove and the disk forms the counterelectrode as a metallized layer with a ring made of insulating film, apart from an annular edge area containing the nut is bridged, whose volume-related heat capacity is at least one third lower and whose thermal conductivity is at least 10% lower than that of the disk carrying the insulating ring. The advantage of this embodiment according to the invention is that it is possible to use an already known embodiment of an electrostatic converter which, after the ring according to the invention has been inserted from -2-55
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Isolieifolie die bisherigen Mängel schlagartig verliert. Die Erfindung kann ferner auch so ausgestaltet sein, daß der elektrisch isolierende Teil als trogförmiger Ring zwischen der domförmig ausgestalteten Gegenelektrode und der den Membranrand spannenden Haltering ausgebildet ist, in dem eine kragenförmige Isolierfolie eingebracht ist, deren volumenbezogene Wärmekapazität zumindest um ein Drittel geringer und deren Wärmeleitfähigkeit zumindest um das 10'^-fache geringer ist als die der sie umgebenden Wandlerteile. Die erfindungsgemäße Anordnung der kragenförmig«! Isolierfolie unterbricht auf einer verhältnismäßig groß«! Strecke die durch Betauen leit«id gewordene Isolationsoberfläche zwischen Gegenelektrode und Membran, wodurch die eingangs genannten Mängel nicht mehr in Erscheinung treten. Schließlich besteht noch eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, daß die Isolation zwischen Gegenelektrode und elektrisch leitendem Gehäuse als kegelstumpfförmiges mit einem zylindrischen Ansatz versehenes Gebilde aus Isolierfolie ausgestaltet ist, dessen volumenbezogene Wärmekapazität zumindest um ein Drittel geringer und dessen Wärmeleitfähigkeit zumindest um das 10 -fache geringer ist als die des Gehäuses und der Gegenelektrode. Solche elektrostatischen Wandler, deren Gehäuse als elektrische Leitung benützt werden, wobei zumeist die Membran mit dem Gehäuse elektrisch leitend verbunden ist, bedürfen einer besonderen Isolation zwischen dem Gehäuse und dem Wandler, weil das Gehäuse stets beim Erreichen des Taupunktes auf sein« Oberflächeeinen Niederschlag von Tauwasser erhält. Dieerfindungsgemäße Ausgestaltung der Isolationverhindert, daß zwischen Gehäuseoberfläche und leitenden Teilen des elektrostatischen Wandlers elektrisch leitende Feuchtigkeitsbrücken ausgebildet werden, wodurch die Isolation voll wirksam bleibt Betriebsstörungen der zuvor genannten Art treten nicht mehr auf. Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen noch eingehender erläutert. Es zeigen Fig. 1 im Querschnitt eine prinzipielle Ausgestaltung der Erfindung, Fig. 2 im Querschnitt eine Ausfiihrungsfoim mit einem eine Nut üb«brückenden Ring aus Isolierfolie, Fig. 3 im Querschnitt die Ausgestaltung ein« kragenförmigen Isolierstrecke und Fig. 4 im Querschnitt eine Ausführung, bei der die Isolation zwischen Gehäuse und elektrostatischem Wandler angeordnet ist. Ein im wesentlichen aus der Membran (1), der Gegenelektrode (2) und der zwischen beiden angeordneten elektrischen Isolation (3) aufgebaut« elektrostatischer Wandler ist in Fig. 1 dargestellt Die Membran (1) ist an der nach außen gerichteten Oberfläche mit einer elektrisch leitenden Metallschicht (4) versehen, die an ihrem Rand (5) mit dem elektrisch leitenden Gehäuse (6) leitend veibunden ist Von Bedeutung ist daß beim Eneich«i des Taupunktes die strichliert hervorgehobene Ob«fläche (7a) und (7i) der elektrischen Isolation (3) von der sie umgebenden feuchten Luft nicht betaut wird, wodurch sie gegenüb« den mit Tauwasser benetzten übrigen Teilen des elektrostatischen Wandlers an der Oberfläche die hohe Isolation aufrecht erhält Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Isolation (3) durch geringste Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit gegenüber den übrigen Teilen des Wandlers garantiert, daß kein Niederschlag von Tauwasser auf d«en Oberfläche bei 100 % relativer Luftfeuchtigkeit eintritt Die störungsfreie Arbeitsweise des elektrostatischen Wandlers ist damit bei höchster Luftfeuchtigkeit sichergestellt. Die Bezugszeichen (8) und (9) weisen auf die nach außen geführten elektrischen Anschlüssedes elektrostatischenWandlershin.EsistaberauchinFig. 1 die zur Gänze ringförmige Ausführungsform der Isolation (3) gezeigt, wobei d« Rand der Isolation (3) in Form einer stufenförmigen Schulter (10) ausgebildet ist, damit ein «ford«lich« Abstand zwischen Gegenelektrode (2) und Membran (1) eingehalten wird. Im allgemeinen beträgt dieser Abstand 20 pm bis 60 pm je nach spezifischer Bauart des elektrostatischen Wandlers. Wichtig dabei ist, die gesamte Isolationsstrecke so auszugestalten, daß ein eventuell im Bereich dieser extrem niedrigen Schulter vorhandener Tauwassemiederschlag den hochohmigen Widerstand der gesamten Isolationsstrecke nicht beeinträchtigt. Beispielsweise wird man die übrigen Bereiche d« Isolationsstrecke besonders lang ausführen. Eine vorzugsweise Ausgestaltung d« Erfindung zeigt Fig. 2. Die Geg«ielektrode (11), die aus keramischem Material als Scheibe ausgebildet ist, besitzt in ihrem Randbereich (12) eine ringförmige Nut (13). Diese Nut (13) ist erfindungsgemäß mit einer ringförmigen Isolierfolie (14) üb«brückt, wobei dieser Isolationsring an seinem inneren und äußeren Rand mit der Gegenelektrode (11) verklebt ist Aus akustischen Gründen können nicht in der Zeichnung dargestellte Abstützungen zum Boden der Nut (13) in Form von in die Folie eingeprägter Noppen, Rillen oder Sicken erforderlich sein. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform besteht zwisch«i d« domförmig ausgebildeten Gegenelektrode (15) und dem den Membranrand (16) spannenden Haltering (17) die gestrichelt gezeichnete Isolierfläche (18) des dazwischen liegenden trogförmigen Ringes (19). Am Boden dieses trogförmigen Ringes (19) ist die kragenförmige Isolierfolie (20) eingebracht, durch deren erfindungsgemäße Anordnung und Beschaffenheit im Faß eines Feuchteniederschlages auf der die Isolation bildenden Oberfläche (18) leitend werdende Abschnitte unterbrochen sind, wodurch die «forderliche hochohmige Isolation erhalten bleibt. Schließlich ist jener Anwendungsfall, bei dem die Isolation zwischen Gegenelektrode (21) und elektrisch leitendem Gehäuse (22) als kegelstumpfförmiges, mit einem zylindrischen Ansatz v«sehenes Gebilde (23) -3- 55Insulating film suddenly loses the previous defects. The invention can also be designed so that the electrically insulating part is designed as a trough-shaped ring between the dome-shaped counterelectrode and the retaining ring which spans the membrane edge, in which a collar-shaped insulating film is introduced, the volume-related heat capacity of which is at least one third lower and its thermal conductivity is at least 10 '^ times less than that of the transducer parts surrounding it. The arrangement of the collar-shaped «! Insulating film breaks on a relatively large «! Stretch the insulating surface between the counter electrode and the membrane that has become conductive due to dewing, as a result of which the defects mentioned at the beginning no longer appear. Finally, an advantageous embodiment of the invention is that the insulation between the counterelectrode and the electrically conductive housing is designed as a truncated cone-shaped structure made of insulating film with a cylindrical projection, the volume-related heat capacity of which is at least one third lower and the thermal conductivity at least 10 times lower than that of the housing and the counter electrode. Such electrostatic transducers, the housings of which are used as an electrical line, the membrane being connected to the housing in an electrically conductive manner, require special insulation between the housing and the transducer, because when the dew point is reached on its surface, condensation is always deposited on its surface receives. The configuration of the insulation according to the invention prevents electrically conductive moisture bridges from being formed between the housing surface and the conductive parts of the electrostatic converter, as a result of which the insulation remains fully effective. Malfunctions of the aforementioned type no longer occur. The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments shown in the drawings. 1 shows in cross section a basic embodiment of the invention, FIG. 2 shows in cross section an embodiment film with a ring of insulating film bridging a groove, FIG. 3 shows in cross section the embodiment of a “collar-shaped insulating section, and FIG. 4 shows an embodiment in cross section , in which the insulation is arranged between the housing and the electrostatic converter. An electrostatic transducer is shown in FIG. 1, essentially consisting of the membrane (1), the counter electrode (2) and the electrical insulation (3) arranged between the two. The membrane (1) is electrically connected to the surface facing outwards Providing conductive metal layer (4) which is conductively connected at its edge (5) to the electrically conductive housing (6). It is important that the dew point (7a) and (7i) of the electrical surface are shown in broken lines at the dew point Insulation (3) is not condensed by the moist air surrounding it, as a result of which it maintains the high insulation on the surface against the other parts of the electrostatic transducer wetted with condensation. The inventive design of the insulation (3) by means of the lowest heat capacity and thermal conductivity compared to the other parts of the transducer guarantees that no condensation of precipitation on the surface at 100% relative air moisture ingress The trouble-free operation of the electrostatic converter is thus ensured at the highest air humidity. The reference numerals (8) and (9) indicate the external electrical connections of the electrostatic converter. It is also shown in FIG. 1 shows the entirely ring-shaped embodiment of the insulation (3), the edge of the insulation (3) being in the form of a step-shaped shoulder (10), so that a “necessary” distance between the counterelectrode (2) and the membrane (1 ) is observed. In general, this distance is 20 pm to 60 pm depending on the specific design of the electrostatic converter. It is important here to design the entire insulation section in such a way that condensation which may be present in the area of this extremely low shoulder does not impair the high resistance of the entire insulation section. For example, the remaining areas of the insulation section will be made particularly long. A preferred embodiment of the invention is shown in FIG. 2. The counter electrode (11), which is made of ceramic material as a disk, has an annular groove (13) in its edge region (12). This groove (13) is bridged according to the invention with an annular insulating film (14), this insulation ring being glued to the inner and outer edge of the counterelectrode (11). For acoustic reasons, supports to the bottom of the groove (not shown in the drawing) 13) in the form of knobs, grooves or beads embossed into the film. In the embodiment shown in FIG. 3, between the “i d” dome-shaped counterelectrode (15) and the retaining ring (17) spanning the membrane edge (16) there is the dashed-line insulating surface (18) of the trough-shaped ring (19) lying between them. At the bottom of this trough-shaped ring (19), the collar-shaped insulating film (20) is introduced, through its arrangement and nature according to the invention in the barrel of a moisture deposit on the surface (18) forming the insulation, the sections which become conductive are interrupted, as a result of which the «required high-resistance insulation is retained . Finally, there is the application in which the insulation between the counterelectrode (21) and the electrically conductive housing (22) is in the form of a truncated cone (23) -3- 55 with a cylindrical projection